KR102540129B1 - Hydrogen compressing system having liquid seal - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소를 고압으로 압축하기 위한 수소 압축 시스템에 관한 것으로, 비압축성 액체를 이용하여 수소 가스 누설을 방지하는 씰링을 수행하는, 액체씰을 형성한 수소 압축기를 적어도 하나 구비한 수소 압축 시스템을 제공한다. The present invention relates to a hydrogen compression system for compressing hydrogen to a high pressure, and provides a hydrogen compression system having at least one hydrogen compressor having a liquid seal, which performs sealing to prevent leakage of hydrogen gas using an incompressible liquid. do.
Description
본 발명은 수소를 고압으로 압축하기 위한 적어도 하나의 수소 압축기를 갖는 수소 압축 시스템에 관한 것으로, 수소 압축기에 비압축성 액체에 의한 액체씰을 형성하여, 수소 가스 누설을 방지할 수 있도록 한, 액체씰을 적용한 수소 압축 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a hydrogen compression system having at least one hydrogen compressor for compressing hydrogen to a high pressure, and a liquid seal formed by an incompressible liquid in the hydrogen compressor to prevent hydrogen gas leakage. It relates to the applied hydrogen compression system.
연료전지를 사용하는 자동차 및 모빌리티에 탑재되는 연료전지 시스템은 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 연료전지 스택에 연료(수소)를 공급하는 연료공급시스템, 연료전지 스택에 전기화학반응에 필요한 산화제인 공기 중의 산소를 공급하는 공기 공급시스템, 연료전지 스택의 운전온도를 제어하는 열 및 물 관리 시스템을 포함하여 구성된다. The fuel cell system installed in automobiles and mobility vehicles using fuel cells includes a fuel cell stack that generates electrical energy, a fuel supply system that supplies fuel (hydrogen) to the fuel cell stack, and an oxidizer required for an electrochemical reaction in the fuel cell stack. It is configured to include an air supply system that supplies oxygen in the air, and a heat and water management system that controls the operating temperature of the fuel cell stack.
연료공급시스템 즉, 수소 공급시스템은 수소 충전을 위한 수소탱크와, 수소탱크의 입구측에 장착되어 수소탱크 내의 고압 수소를 감압하여 연료전시 스택 측으로 공급하는 레귤레이터 등을 포함하여 구성된다. The fuel supply system, that is, the hydrogen supply system includes a hydrogen tank for charging hydrogen, and a regulator installed at an inlet side of the hydrogen tank to depressurize the high-pressure hydrogen in the hydrogen tank and supply it to the fuel display stack.
이때, 상기 연료전지 차량의 수소탱크에는 연료전지 스택에 수소 연료를 공급하기 위하여 소정의 고압(약 700bar 또는 그 이상)으로 수소가 압축 저장되어야 한다. At this time, hydrogen must be compressed and stored at a predetermined high pressure (about 700 bar or higher) in the hydrogen tank of the fuel cell vehicle to supply hydrogen fuel to the fuel cell stack.
이를 위해 수소 충전소에는 수소탱크에 수소를 고압으로 압축하여 충전하기 위한 수소 압축기가 포함되어 있다. 수소 압축기를 통하여 수소를 고압으로 압축한 후 고압 수소 저장탱크에 저장하였다가 충전기를 통하여 자동차 및 각종 모빌리티의 수소탱크에 충전된다. To this end, the hydrogen filling station includes a hydrogen compressor for charging hydrogen by compressing it to a high pressure in a hydrogen tank. After compressing hydrogen to high pressure through a hydrogen compressor, it is stored in a high-pressure hydrogen storage tank and then charged into the hydrogen tank of automobiles and various types of mobility through a charger.
수소 압축기는 수소충전소의 핵심장비로서 고압에 따른 안정성이 요구되며 위험요소인 고압파열과 수소누설이 방지되어야 한다. The hydrogen compressor is a key equipment of a hydrogen filling station, and stability under high pressure is required, and high-pressure rupture and hydrogen leakage, which are dangerous factors, must be prevented.
일반적으로 수소 압축기는 다이어프램 방식과 피스톤 방식을 사용한다. 다이어프램 방식은 유압의 힘으로 원형 금속판에 해당하는 다이어프램을 움직여 수소 기체를 압축한다. 피스톤 방식은 실린더 속을 왕복 운동하는 유압피스톤의 압력으로 수소 기체를 압축한다. In general, hydrogen compressors use a diaphragm type and a piston type. The diaphragm method compresses hydrogen gas by moving a diaphragm corresponding to a circular metal plate with hydraulic power. The piston method compresses hydrogen gas with the pressure of a hydraulic piston reciprocating in a cylinder.
한편, 피스톤의 상단에 아이오닉 액체를 주입하여 수소를 압축하는 아이오닉 압축기도 공지되어 있다. 아이오닉 액체(Ionic liquid)는 상온에서 고체인 염과 산화물을 가열, 용해해서 액체 상태로 만든 유기물질을 지칭한다. 이러한 아오이닉 액체는 고압에도 부피변화가 없는 비압축성 물질로서, 다양한 물질이 개발되어 사용되고 있다. Meanwhile, an ionic compressor that compresses hydrogen by injecting an ionic liquid into an upper end of a piston is also known. Ionic liquid refers to an organic substance made into a liquid state by heating and dissolving salts and oxides that are solid at room temperature. These aoinic liquids are incompressible materials that do not change in volume even under high pressure, and various materials have been developed and used.
본 발명은 적어도 하나의 수소 압축기를 구비하고, 수소 압축기 내부에 액체씰 충진부를 형성하고 상기 액체씰 충진부 내에 비압축성 액체를 충진하여 액체씰을 형성함으로써, 수소 가스의 누설을 방지할 수 있는, 액체씰을 적용한 수소 압축 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention includes at least one hydrogen compressor, forms a liquid seal filling part inside the hydrogen compressor, and fills an incompressible liquid in the liquid seal filling part to form a liquid seal, thereby preventing leakage of hydrogen gas. It is an object of the present invention to provide a hydrogen compression system to which a seal is applied.
본 발명은, 적어도 하나의 수소 압축기를 포함하는 수소 압축 시스템을 제공한다. The present invention provides a hydrogen compression system comprising at least one hydrogen compressor.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 수소 압축기는, 실린더 바디; 상기 실린더 바디의 일측에 형성된 수소 압축부; 상기 실린더 바디의 타측에 형성된 유압 구동부; 상기 실린더 바디에서 상기 수소 압축부와 상기 유압 구동부 사이에 형성된 액체씰 충진부; 상기 수소 압축부에 배치되어 양측으로 왕복 이동하는 압축피스톤 - 상기 수소 압축부는 상기 압축피스톤을 사이에 두고 상기 액체씰 충진부에 이웃하는 제1 수소 압축공간과 반대편에 위치하는 제2 수소 압축공간으로 구분되며; 상기 유압 구동부에 배치되어 양측으로 왕복 이동하는 구동피스톤 - 상기 유압 구동부는 상기 구동피스톤을 사이에 두고 상기 액체씰 충진부에 이웃하는 제1 유압유 공간과 반대편에 위치하는 제2 유압유 공간으로 구분되며; 상기 액체씰 충진부를 관통하여 연장되고 상기 압축피스톤과 상기 구동피스톤은 연결하는 피스톤로드; 상기 제1 및 제2 수소 압축공간에 각각 연결되는 수소 유입구 및 수소 유출구; 및 상기 제1 및 제2 유압유 공간에 각각 연결되는 유압유 포트;를 포함하며, 상기 액체씰 충진부 내에 비압축성 액체가 충진되어 수소 누설을 방지하는 액체씰을 형성한다. According to an embodiment of the present invention, the hydrogen compressor may include a cylinder body; a hydrogen compression unit formed on one side of the cylinder body; a hydraulic drive unit formed on the other side of the cylinder body; a liquid seal filling part formed between the hydrogen compression part and the hydraulic drive part in the cylinder body; A compression piston disposed in the hydrogen compression unit and reciprocating to both sides - The hydrogen compression unit is a second hydrogen compression space located opposite the first hydrogen compression space adjacent to the liquid seal filling part with the compression piston interposed therebetween. separated; A driving piston disposed in the hydraulic driving unit and reciprocating to both sides - the hydraulic driving unit is divided into a first hydraulic oil space adjacent to the liquid seal filling part and a second hydraulic oil space located opposite to the liquid seal filling part with the driving piston interposed therebetween; a piston rod extending through the liquid seal filling part and connecting the compression piston and the driving piston; a hydrogen inlet and a hydrogen outlet respectively connected to the first and second hydrogen compression spaces; and hydraulic oil ports respectively connected to the first and second hydraulic oil spaces, wherein an incompressible liquid is filled in the liquid seal filling part to form a liquid seal preventing hydrogen leakage.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 압축피스톤에는 상기 수소 압축부의 내경과 접촉하여 상기 제1 수소 압축공간과 상기 제2 수소 압축공간 사이의 수소 이동을 방지하는 수소 압축씰이 장착되고, 상기 액체씰 충진부와 상기 수소 압축부 및 상기 유압 구동부 사이에는 각각 피스톤로드가 관통하는 보어가 형성된 격벽들이 형성되고, 상기 격벽의 보어 각각에는 액체씰 로드씰, 및 수소용 로드씰 또는 유압용 로드씰이 장착되며, 상기 구동피스톤에는 상기 제1 유압유 공간과 상기 제2 유압유 공간 사이의 유압유의 이동을 방지하는 유체 압축씰이 장착된다. According to an embodiment of the present invention, a hydrogen compression seal for preventing hydrogen transfer between the first hydrogen compression space and the second hydrogen compression space in contact with the inner diameter of the hydrogen compression unit is mounted on the compression piston, and the liquid seal Partition walls having bores through which a piston rod passes are formed between the filling part, the hydrogen compression part, and the hydraulic drive part, and a liquid seal rod seal, and a rod seal for hydrogen or a rod seal for hydraulic pressure are mounted in each bore of the partition wall. And, a fluid compression seal for preventing movement of hydraulic oil between the first hydraulic oil space and the second hydraulic oil space is mounted on the driving piston.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 액체씰 충진부와 상기 제1 수소 압축공간은 균압 연결관을 통해 압력적으로 소통되게 연결된다. According to an embodiment of the present invention, the liquid seal filling part and the first hydrogen compression space are connected to communicate with pressure through a pressure equalization connection pipe.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 균압 연결관은 상기 액체씰 충진부에 연결된 제1 균압 연결관과 상기 제1 수소 압축공간에 연결된 제2 균압 연결관과, 상기 제1 균압연결관과 상기 제2 균압연결관 사이에 배치되고 비압축성 액체와 수소를 서로 분리하는 격막이 구비된 격막 실린더를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the pressure equalization connector includes a first pressure equalization connector connected to the liquid seal filling part, a second pressure equalization connector connected to the first hydrogen compression space, the first pressure equalization connector and the first pressure equalization connector. It may include a diaphragm cylinder disposed between the two pressure equalization connectors and provided with a diaphragm for separating the incompressible liquid and hydrogen from each other.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 비압축성 액체는 아이오닉 액체가 사용된다. According to an embodiment of the present invention, the incompressible liquid is ionic liquid.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 수소 압축 시스템은 상기 수소 압축기와 동일한 구조의 제2 수소 압축기를 구비하고, 상기 수소 압축기에서 압축된 수소가 상기 제2 수소 압축기에 도입되어 2차 압축된 후 배출되며, 상기 수소 압축기에서 배출된 수소가 상기 제2 수소 압축기로 공급되는 수소 라인에는 냉각장치가 연결된다. According to an embodiment of the present invention, the hydrogen compression system includes a second hydrogen compressor having the same structure as the hydrogen compressor, and hydrogen compressed in the hydrogen compressor is introduced into the second hydrogen compressor, subjected to secondary compression, and then discharged. A cooling device is connected to a hydrogen line through which hydrogen discharged from the hydrogen compressor is supplied to the second hydrogen compressor.
본 발명은, 아이오닉 액체와 같은 비압축성 액체를 액체씰 충진부에 도입하여 수소가스의 누설을 방지할 수 있다.According to the present invention, leakage of hydrogen gas can be prevented by introducing an incompressible liquid such as ionic liquid into the filling part of the liquid seal.
본 발명에 의하면, 액체씰 충진부에 충진된 액체씰은 유압 구동부와 수소 압축부 사이의 비유동 액체씰을 형성함으로써, 유압 및 수소 가스의 상호 누설에 따른 수소 오염을 방지할 수 있다. According to the present invention, the liquid seal filled in the liquid seal filling unit forms a non-flowing liquid seal between the hydraulic drive unit and the hydrogen compression unit, thereby preventing hydrogen contamination due to mutual leakage of hydraulic pressure and hydrogen gas.
본 발명에 의하면, 물리적 씰의 수명을 연장할 수 있다. According to the present invention, the life of the physical seal can be extended.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 수소 압축 시스템의 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 수소 압축기의 단면도이다.
도 3 는 본 발명의 실시예에 따른 수소 압축기의 확대 단면도이다. 1 is a block diagram of a hydrogen compression system according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a hydrogen compressor according to an embodiment of the present invention.
3 is an enlarged cross-sectional view of a hydrogen compressor according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술에 대한 구체적 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 아니된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 아니하는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 수소 압축 시스템의 구성도이다. 본 발명에 따른 수소 압축 시스템은, 적어도 하나의 수소 압축기를 포함한다. 1 is a block diagram of a hydrogen compression system according to an embodiment of the present invention. A hydrogen compression system according to the present invention includes at least one hydrogen compressor.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 실시에에 따른 수소 압축 시스템은 수소 압축기(100)와 제2 수소 압축기(200)를 포함하며, 수소 압축기(100)에서 고압으로 1차 압축된 수소가 제2 수소 압축기(200)에서 2차로 압축되면서 700bar 이상의 고압으로 압축가능하도록 구성된다. Referring to FIG. 1, a hydrogen compression system according to an embodiment of the present invention includes a
도 2 는 본 발명에 따른 수소 압축 시스템의 수소 압축기(100)의 단면도이다. 도 2 를 참조하여, 수소 압축기(100)에 대해 설명한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 수소 압축기(100)와 제2 수소 압축기(200)는 동일한 구조를 가진다. 2 is a cross-sectional view of a
도 2 를 참조하면, 수소 압축기(100)는 실린더 바디(101)와, 상기 실린더 바디(101) 내에서 일측으로 형성된 수소 압축부(110)와, 타측으로 형성된 유압 구동부(120)와, 수소 압축부(110)와 유압 구동부(120) 사이에 형성된 액체씰 충진부(130)를 포함한다. Referring to FIG. 2 , a
실린더 바디(101)는, 수소 압축부(110), 유압 구동부(120), 액체씰 충진부(130)가 동일한 중심 축선을 따라 배치되는 동축형 구조를 갖는다. The
수소 압축부(110)에는, 수소 압축부(110) 내에서 양방향으로 왕복 이동하면서 수소를 압축하는 압축피스톤(142)이 구비되고, 유압 구동부(120)에는 유압 구동부(120)의 내부에서 양방향으로 왕복 이동하면서 압축피스톤(142)을 구동하는 구동피스톤(144)을 구비하고, 압축 피스톤(142)과 구동 피스톤(144)을 연결하는 피스톤 로드(146)는 실린더 바디(101)의 중심축선 방향으로 액체씰 충진부(130)를 관통하여 연장된다. The
수소 압축부(110)는 압축피스톤(142)의 양측으로 각각 정의되는 제1 수소 압축공간(112)및 제2 수소 압축공간(114)을 포함하며, 압축피스톤(142)의 이동에 따라 제1 수소 압축공간(112) 또는 제2 수소 압축공간(114) 내에서 수소가 압축된다. 본 명세서에서 제1 수소 압축공간(112)은, 제1 및 제2 수소압축공간(112, 114) 중 액체씰 충진부(130)에 인접한 공간을 지칭한다. 제1 수소 압축공간(112)과 제2 수소 압축공간(114)은 압축피스톤(142)의 움직임에 따라 크기가 가변하면서 크기가 감소되는 공간 내의 수소를 압축한다. The
수소 압축부(110)의 일측 및 타측 각각에는 제1 및 제2 수소 압축공간(112) 내로 수소가 유입되는 제1 및 제2 수소 유입구(113a, 113b)와 제1 및 제2 수소 압축공간(112)에서 압축된 고압 수소가 유출되는 제1 및 제2 수소 유출구(115a, 115b)가 형성된다. On one side and the other side of the
제1 및 제2 수소 유입구(113a, 113b)를 통해 도입된 수소 가스가 제1 및 제2 수소 압축공간(112, 114)에서 압축피스톤(142)의 이동에 따라 압축된 후 제1 또는 제2 수소 유출구(115a, 115b)를 통해 배출된다. After the hydrogen gas introduced through the first and
제1 수소 압축공간(112)에서 도입된 수소가 압축될 때, 제2 수소 유입구(113b)를 통해 저압의 수소가 제2 수소 압축공간(114)으로 유입된다. 제1 수소 압축공간(112)에서 압축된 수소가 배출된 후, 압축 피스톤(142)이 반대방향으로 이동하면서 제2 수소 압축공간(114) 내에 유입된 수소를 압축할 때 제1 수소 유입구(113a)를 통해 제1 수소 압축공간(112) 내로 수소가 유입된다. When hydrogen introduced in the first
제1 및 제2 수소 유입구(113a, 113b)에 제1 및 제2 수소 압축공간(112, 114)으로 수소 가스를 제공되는 제1 수소 라인(152)이 연결되고, 제1 및 제2 고압 수소 유출구(115a, 115b)에는 제1 및 제2 수소 압축공간(112, 114)에서 압축된 1차 고압 수소 가스가 배출되는 제2 수소 라인(154)이 연결된다. 1차 고압 수소 가스라는 용어는 수소 압축기(100)에서 압축된 수소 가스를 지칭하며, 이러한 1차 고압 수소 가스는 제2 수소 압축기(200)에 도입되어 다시 압축되며, 제2 수소 압축기(200)에서 배출되는 수소 가스를 2차 고압 수소 가스로 지칭한다. A
제1 및 제2 수소 라인(152, 154)에서 제1 및 제2 수소 유입구(113a, 113b)의 전측 및 제1 및 제2 수소 유출구(115a, 115b)의 후측에는 수소 가스의 유동 방향을 일 방향으로 제어하기 위한 체크밸브들을 포함하여 수소 가스의 인입 및 배출을 일방향으로 및 단속적으로 제어하는 밸브들이 설치될 수 있다. 본 명세서에서 수소의 유동과 관련하여 전측 및 후측 이라는 용어가 사용되며, 수소가 도입되는 측이 전측이며, 수소가 배출되는 측이 후측으로 지칭된다. In the first and
압축피스톤(142)은 수소 압축부(110) 내에서 양측으로 이동하면서, 제1 수소 압축공간(112)과 제2 수소 압축공간(130)에서 수소를 압축한다. The
압축피스톤(142)에는 제1 수소 압축공간(112)과 제2 수소 압축공간(114) 간의 수소 이동을 방지하기 위해 수소 압축씰(162)이 장착된다. 수소 압축씰(162)은 압축 피스톤(142)의 외경과 수소 압축부(110)의 내경 사이를 씰링한다. A
액체씰 충진부(130)를 사이에 두고 수소 압축부(110)의 반대편에는 유압 구동부(120)가 형성된다. 유압 구동부(120)는 구동피스톤(144)을 경계로 일측으로 정의되는 제1 유압유 공간(122)과 타측으로 정의되는 제2 유압유 공간(124)으로 구분된다. 본 명세서에서 제1 유압유 공간(122)은 제1 및 제2 유압유 공간(122, 124) 중 액체씰 충진부(130)에 인접한 곳을 지칭한다. A
제1 및 제2 유압유 공간(122, 124)은 유압유가 유입 및 배출되고, 이를 통해 구동피스톤(144)을 일측 또는 타측으로 이동시켜 압축피스톤(142)을 이동시킴으로써, 수소를 압축하는 압축력을 제공한다. Hydraulic oil is introduced and discharged into the first and second
구동피스톤(144)에는 유압 구동부(120)의 내경에 접촉하여 제1 및 제2 유압유 공간(122, 124) 사이의 유압유 이동을 막아 압력 누설을 방지하는 유체 압축씰(164)이 장착된다. The
유압 구동부(120)의 일측 및 타측에는 유압유를 공급 또는 배출시키기 위한 유압유 포트(125)가 형성된다. 유압유 포트(125)는 유압유 라인에 연결된다.
제1 유압유 공간(122)에 유압유가 유입될 때, 구동피스톤(144)은 좌측으로 이동하면서 압축 피스톤(142)을 좌측으로 이동시키고, 제1 수소 압축공간(112) 내의 수소를 압축한다. 제2 유압유 공간(142)에 유압유가 유입될 때, 구동피스톤(144)은 우측으로 이동하면서 압축 피스톤(142)을 우측으로 이동시키고, 제2 수소 압축공간(114) 내의 수소를 압축한다. When hydraulic oil is introduced into the first
수소 압축부(110)와 유압 구동부(120) 사이에는 액체씰 충진부(130)가 형성되고, 액체씰 충진부(130)에는 비압축성 액체(131)가 충진된다. 비압축성 액체로는 아이오닉 액체가 충진될 수 있다. 본 발명의 다른 예에 의하면, 비압축성 액체는 액상 그리스 등이 다른 종류의 비압축성 액체가 사용될 수 있다. A liquid
수소 압축부(110) 및 유압 구동부(120)와 액체씰 충진부(130) 사이의 격벽들(132)에는 피스톤로드(146)가 관통하여 지나는 보어가 형성되고, 보어에는 로드씰(165, 166)들이 장착된다. 로드씰(165, 166)은 보어에서 액체씰 충진부(130) 측으로 설치되는 액체용 로드씰과, 수소압축실(110) 또는 유압 구동부(120) 측으로 설치되는 수소용 로드씰 및 유압용 로드씰을 포함하여, 각 보어에 2개의 로드씰(165, 166)이 장착된다. 로드씰(165, 166) 피스톤로드(146)의 외주면과 격벽(132)의 보어의 내주면 사이를 씰링하여, 유체의 이동을 방지한다.A bore through which the
피스톤로드(146)는 수소 압축부(110) 및 유압 구동부(120)와 액체씰 충진부(130) 사이의 격벽들(132)에는 형성된 보어들을 관통하여, 압축피스톤(142)과 구동피스톤(144)을 연결한다. The
도 3 를 참조하면, 비압축성 액체인 아이오닉 액체가 충진된 액체실 충진부(130)와 액체씰 충진부(130)와 이웃하는 수소 압축부(110)의 일측인 제1 수소 압축공간(112)은 균압 연결관(138)을 통해 서로 연결된다. 액체씰 충진부(130)에는 액체씰 포트(135)가 형성된다. Referring to FIG. 3 , a liquid
균압 연결관(138)은 액체씰 포트(135)에 연결된 제1 균압 연결관(138a)과, 제1 수소 압축공간(112)에 연결된 제2 균압 연결관(138b)을 포함한다. The pressure equalization connection pipe 138 includes a first pressure
도 3 에 도시된 바와 같이, 제1 수소 압축부(110)의 일단에 제1 수소 압축공간(112)과 연통하게 별도의 수소 압력포트(115c)를 형성하고, 제2 균압 연결관(138b)이 수소 압력포트(115c)를 통해 제1 수소 압축공간(112)에 연결될 수 있다. 이를 통해 제2 균압 연결관(138b)은 제1 수소 압축공간(112)과 압력적으로 소통하면서 동일한 압력 상태를 가진다. 또한, 도 2 에 도시된 바와 같이, 제2 균압 연결관(138b)은 제1 수소 압축공간(112)의 제1 수소 유출구(115a)에 연결된 제2 수소 라인(154)에 연결될 수 있다. 이때 제2 균압 연결관(138b)은, 제2 수소 라인(154)에서 제1 수소 유출구(115a)와 체크밸브 사이로 연결되어, 제1 수소 압축공간(112)과 압력적으로 소통하게 연결한다. As shown in FIG. 3, a separate
균압 연결관(138)에서 제1 균압 연결관(138a) 측으로 비압축성 액체가 유입되고, 제2 균압 연결관(138b) 측으로 수소 기체가 유입되어 압력적으로 소통된다. 따라서 액체씰 충진부(130)와, 액체씰 충진부(130)에 이웃하는 제1 수소 압축공간(112) 사이에는 균압이 형성된다.The incompressible liquid flows from the pressure equalization connection pipe 138 to the first pressure
본 발명의 실시예에 의하면, 제1 균압 연결관(138a)과 제2 균압 연결관(138b) 사이에는 격막 실린더(139)가 배치된다. 격막 실린더(139) 내의 격막(139a)에 의해 비압축성 액체와 수소 가스는 서로 분리되면서도 압력 소통이 가능하다. 격막 실린더(139)는 균압 연결관(138)에 충진된 비압축성 액체인 아이오닉 액체와 수소 가스 사이의 혼합을 방지하면서 압력적으로 소통되는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 실시예에서 비압축성 액체로 사용되는 아이오닉 액체의 경우 수소 가스와 혼합되지 않는다. 그러나 격막 실린더(139)를 사용하는 경우 수소 가스와의 혼합 또는 오염 가능성이 있는 다른 비압축성 액체를 액체씰로 사용하는 것을 가능하게 한다. 격막(139a)은 양측에 걸리는 압력에 의해 이동하면서 양측에서 균압을 형성시킨다. 즉, 격막 실린더(139) 내의 격막(139a)은 비압축성 액체의 비압축성으로 인하여 실질적인 이동량은 적으며, 혼합을 방지하면서 양쪽의 압력을 균일하게 한다. According to the embodiment of the present invention, a
액체씰 충진부(130)와 제1 수소 압축공간(112)간에 균압이 형성되므로, 액체씰 충진부(130)를 항해 수소가 누설되는 것을 방지할 수 있다. 액체씰 충진부(130)는 제1 유압유 공간(122) 보다 높은 압력을 유지하므로 유압유의 누설을 방지한다. 따라서 유압유의 누설에 의한 수소 오염을 방지할 수 있다. 격벽에 설치된 로드씰(165, 166)들 양쪽으로 압력이 걸리므로 로드씰(165, 166)의 수명을 연장할 수 있다. Since equal pressure is formed between the liquid
다시 도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 수소 압축기(100)는 수소 압축기(100)와 동일한 구조의 제2 수소 압축기(200)가 배치된다. Referring back to FIG. 1 , in the
수소 압축기(100)에서 압축된 수소가 배출되는 경로인 제2 수소 라인(154)은 제2 수소 압축기의 수소 유입구(113a, 113b)에 연결되어, 제2 수소 압축기(200)의 수소 압축부(110)에 2차 압축된다. 제2 수소 압축기(200)의 수소 배출구(115a, 115b)에는 제3 수소 라인(156)이 연결되어 2차 압축된 수소가 이동한다. 제2 수소 라인(154)에는 냉각장치(155)가 연결된다. The
2차 수소 압축기(200)는 수소 압축기(100)와 동일한 구조로 형성된다. 2차 수소 압축기(200)는 1차로 압축된 수소를 추가적으로 압축하기 위하여, 각 구성부분의 치수가 다르게 설계된다. 즉, 2차 수소 압축기(200)는 수소 압축기(100)와 비교하여 상대적으로 큰 압력의 수소가 도입되어 더 큰 압력으로 압축되어 배출되므로, 이에 맞게 치수가 설계된다. The
본 발명에 따른 수소 압축 시스템은 물리적 씰의 수명을 연장하는 기능을 한다. 수소압축 씰(162)의 구조상 용량이 클수록 원호접촉면이 길어지고 마찰열에 의한 씰 수명이 줄어들고 소량의 누설에도 위험방지 조치를 해야 한다. 그러나 본 발명에 의하면, 수소압축 씰(162)이 구비된 압축피스톤(142)을 중앙에 두고 양측에서 동일한 수소를 압축하므로 수소압축 씰(162)에 걸리는 압력이 적기 때문에 씰을 보호할 수 있고 소량의 누설이 있다 하더라도 성능상의 작은 차이는 있으나 외부로 누설되는 것을 방지하므로 수소 누설에 의한 안전을 확보할 수 있다. The hydrogen compression system according to the present invention serves to extend the life of the physical seal. The greater the structural capacity of the
또한, 유압압축 씰(164)은 습식 씰링 환경 내에 유치하므로 유압압축 씰(164)의 수명 연장을 기재할 수 있다. 또한, 로드씰의 경우에도 일측이 대기압 상태를 유지하는 것이 아니라, 비압축성 액체에 의해 양측으로 압력이 걸리는 구조를 형성하므로, 수명 연장을 기대할 수 있다. In addition, since the
본 발명은 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.The present invention should not be interpreted as a technical idea limited to the above-described embodiments. Not only the scope of application is diverse, but also various modifications and implementations are possible at the level of those skilled in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Therefore, such improvements and changes fall within the protection scope of the present invention as long as they are obvious to those skilled in the art.
100 : 수소 압축기
200: 제2 수소 압축기
101: 실린더 바디
110: 수소 압축부
112: 제1 수소 압축공간
114: 제2 수소 압축공간
113a, 113b: 수소 유입구
115a, 115b: 수소 유출구
120: 유압 구동부
122: 제1 유압유 공간
124: 제2 유압유 공간
125; 유압유 포트
130: 액체씰 충진부
131: 비압축성 액체
138: 균압 연결관
139: 격막 실린더
142: 압축피스톤
144: 구동피스톤
146: 피스톤로드
152.154.156: 수소 라인
162: 수소 압축씰
164: 유체 압축씰
165, 166: 로드씰 100: hydrogen compressor
200: second hydrogen compressor
101: cylinder body
110: hydrogen compression unit
112: first hydrogen compression space
114: second hydrogen compression space
113a, 113b: hydrogen inlet
115a, 115b: hydrogen outlet
120: hydraulic drive unit
122: first hydraulic oil space
124: second hydraulic oil space
125; hydraulic oil port
130: liquid seal filling part
131: incompressible liquid
138: pressure equalization connector
139: diaphragm cylinder
142: compression piston
144: driving piston
146: piston rod
152.154.156: hydrogen line
162: hydrogen compression seal
164: fluid compression seal
165, 166: rod seal
Claims (7)
상기 수소 압축기는,
실린더 바디;
상기 실린더 바디의 일측에 형성된 수소 압축부;
상기 실린더 바디의 타측에 형성된 유압 구동부;
상기 실린더 바디에서 상기 수소 압축부와 상기 유압 구동부 사이에 형성된 액체씰 충진부;
상기 수소 압축부에 배치되어 양측으로 왕복 이동하는 압축피스톤 - 상기 수소 압축부는 상기 압축피스톤을 사이에 두고 상기 액체씰 충진부에 이웃하는 제1 수소 압축공간과 반대편에 위치하는 제2 수소 압축공간으로 구분되며;
상기 유압 구동부에 배치되어 양측으로 왕복 이동하는 구동피스톤 - 상기 유압 구동부는 상기 구동피스톤을 사이에 두고 상기 액체씰 충진부에 이웃하는 제1 유압유 공간과 반대편에 위치하는 제2 유압유 공간으로 구분되며;
상기 액체씰 충진부를 관통하여 연장되고 상기 압축피스톤과 상기 구동피스톤은 연결하는 피스톤로드;
상기 제1 및 제2 수소 압축공간에 각각 연결되는 수소 유입구 및 수소 유출구;
상기 제1 및 제2 유압유 공간에 각각 연결되는 유압유 포트;를 포함하되,
상기 액체씰 충진부 내에 비압축성 액체가 충진되어 수소 누설을 방지하는 액체씰을 형성하는 것을 특징으로 하는, 액체씰이 적용된 수소 압축 시스템.
A hydrogen compression system comprising a hydrogen compressor,
The hydrogen compressor,
cylinder body;
a hydrogen compression unit formed on one side of the cylinder body;
a hydraulic drive unit formed on the other side of the cylinder body;
a liquid seal filling part formed between the hydrogen compression part and the hydraulic drive part in the cylinder body;
A compression piston disposed in the hydrogen compression unit and reciprocating to both sides - The hydrogen compression unit is a second hydrogen compression space located opposite the first hydrogen compression space adjacent to the liquid seal filling part with the compression piston interposed therebetween. separated;
A driving piston disposed in the hydraulic driving unit and reciprocating to both sides - the hydraulic driving unit is divided into a first hydraulic oil space adjacent to the liquid seal filling part and a second hydraulic oil space located opposite to the liquid seal filling part with the driving piston interposed therebetween;
a piston rod extending through the liquid seal filling part and connecting the compression piston and the driving piston;
a hydrogen inlet and a hydrogen outlet respectively connected to the first and second hydrogen compression spaces;
Including; hydraulic oil ports respectively connected to the first and second hydraulic oil spaces,
A hydrogen compression system with a liquid seal, characterized in that an incompressible liquid is filled in the liquid seal filling part to form a liquid seal that prevents hydrogen leakage.
상기 액체씰 충진부와 상기 수소 압축부 및 상기 유압 구동부 사이에는 각각 피스톤로드가 관통하는 보어가 형성된 격벽들이 형성되고, 상기 격벽의 보어 각각에는 상기 액체씰 충진부에 이웃하는 액체용 로드씰과 상기 수소압축부 또는 상기 유압 구동부에 이웃하는 수소용 로드씰 또는 유압용 로드씰이 장착된 것을 특징으로 하는, 액체씰이 적용된 수소 압축 시스템.
According to claim 1,
Partition walls having bores through which a piston rod passes are formed between the liquid seal filling part, the hydrogen compression part, and the hydraulic drive part, respectively, and each of the bores of the partition walls is formed with a liquid rod seal adjacent to the liquid seal filling part and the A hydrogen compression system with a liquid seal, characterized in that a hydrogen rod seal or a hydraulic rod seal adjacent to the hydrogen compression unit or the hydraulic drive unit is mounted.
상기 액체씰 충진부와 상기 제1 수소 압축공간은 균압 연결관을 통해 압력적으로 소통되게 연결된 것을 특징으로 하는, 액체씰이 적용된 수소 압축 시스템.
According to claim 1,
The liquid seal-applied hydrogen compression system, characterized in that the liquid seal filling part and the first hydrogen compression space are connected to communicate with pressure through a pressure equalization connection pipe.
상기 균압 연결관은 상기 액체씰 충진부에 연결된 제1 균압 연결관과, 상기 제1 수소 압축공간에 연결된 제2 균압 연결관과, 상기 제1 균압 연결관과 상기 제2 균압 연결관 사이에 배치되고 비압축성 액체와 수소를 서로 분리하는 격막이 구비된 격막 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는, 액체씰이 적용된 수소 압축 시스템.
According to claim 3,
The pressure equalization connection pipe is disposed between a first pressure equalization connector connected to the liquid seal filling part, a second pressure equalization connector connected to the first hydrogen compression space, and the first pressure equalization connector and the second pressure equalization connector. A hydrogen compression system with a liquid seal, characterized in that it comprises a diaphragm cylinder equipped with a diaphragm for separating incompressible liquid and hydrogen from each other.
상기 격막은 양측에 걸리는 압력에 의해 이동하면서 양측에서 균압을 형성시키는 것을 특징으로 하는, 액체씰이 적용된 수소 압축 시스템.
According to claim 4,
The diaphragm is characterized in that the pressure equalization is formed on both sides while moving by the pressure applied on both sides, the liquid seal applied hydrogen compression system.
상기 비압축성 액체는 아이오닉 액체인 것을 특징으로 하는, 액체씰이 적용된 수소 압축 시스템.
According to claim 1,
The incompressible liquid is an ionic liquid, characterized in that, the liquid seal applied hydrogen compression system.
상기 수소 압축 시스템은 상기 수소 압축기와 동일한 구조의 제2 수소 압축기를 구비하고,
상기 수소 압축기에서 압축된 수소가 상기 제2 수소 압축기에 도입되어 2차 압축된 후 배출되며,
상기 수소 압축기에서 배출된 수소가 상기 제2 수소 압축기로 공급되는 수소 라인에는 냉각장치가 연결된 것을 특징으로 하는, 액체씰이 적용된 수소 압축 시스템.According to any one of claims 1 to 6,
The hydrogen compression system includes a second hydrogen compressor having the same structure as the hydrogen compressor,
The hydrogen compressed in the hydrogen compressor is introduced into the second hydrogen compressor, subjected to secondary compression, and then discharged;
A hydrogen compression system with a liquid seal, characterized in that a cooling device is connected to a hydrogen line through which hydrogen discharged from the hydrogen compressor is supplied to the second hydrogen compressor.
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- 2022-12-30 KR KR1020220190932A patent/KR102540129B1/en active IP Right Grant
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